Hideki Yukawa: Das unsichtbare Teilchen

I. Das unsichtbare Teilchen

1934. Kaiserliche Universität Osaka. Ein siebenundzwanzigjähriger Dozent denkt über eine Frage nach.

Im Atomkern befinden sich Protonen und Neutronen. Protonen sind positiv geladen, gleiche Ladungen stoßen sich ab. Wie können so viele Protonen auf so engem Raum zusammengebunden bleiben?

Eine andere Wechselwirkung muss hinzukommen. Auf der Größenordnung des Kerns kann sie die elektrische Abstoßung überwinden; etwas weiter entfernt wird sie rasch schwächer. Ihr einen Namen zu geben erklärt diese starke, kurzreichweitige Wirkung noch nicht.

Hideki Yukawa fragt sich, ob sie durch den Austausch eines bisher unbekannten Teilchens zwischen Nukleonen beschrieben werden könnte. Spätere Erklärungen zeigen gern zwei Menschen, die sich einen Ball zuwerfen. So wird Austausch vorstellbar, aber noch keine Anziehung erklärt. Gewöhnliches Ballwerfen zieht die Werfer nicht zusammen. Die eigentliche Arbeit findet in der Quantentheorie statt.

Was ist dieser „Ball“?

Yukawa verbindet die Reichweite der Kraft mit der Masse des Teilchens. Seine Schätzung ergibt etwas Schwereres als ein Elektron und Leichteres als ein Proton. Er setzt nicht beliebig einen Namen in eine Lücke. Das neue Teilchen muss einer bereits bekannten nuklearen Größenordnung gerecht werden.

Kein Experiment hat es gesehen. Allerdings kennt die Physik damals nicht nur drei Teilchen: Photonen und Positronen gehören längst dazu. Yukawa ergänzt kein magisches viertes Mitglied, sondern schlägt eines mit einer bestimmten Aufgabe vor.

1935 erscheint seine Arbeit On the Interaction of Elementary Particles. Der spätere Name Meson deutet auf etwas in der Mitte. Die heutige Beschreibung der Kernkräfte ist komplexer, doch der von ihm eröffnete Weg erwies sich als fruchtbar.

Die Arbeit findet nicht sofort breite Beachtung. Zwischen Vorschlag und Anerkennung liegen Diskussionen, Experimente und Warten. Um die Einsamkeit des jungen Forschers zu verstehen, müssen wir nicht den gesamten Westen verächtlich den Kopf schütteln lassen.

In den späten 1930er Jahren weckt ein Teilchen aus der kosmischen Strahlung Hoffnung. Es erweist sich als Myon, ohne die erwartete Rolle bei der starken Wechselwirkung. 1947 identifizieren Arbeiten von Lattes, Occhialini, Powell und anderen das Pion. Eine ähnliche Masse reicht nicht. Auch das Verhalten des Teilchens muss stimmen.

1949 erhält Yukawa den Physiknobelpreis, als erster japanischer Nobelpreisträger. Eine Gesellschaft im Wiederaufbau sieht darin mehr als eine fachliche Auszeichnung: die Möglichkeit, wieder etwas hervorzubringen.

Doch nicht nur der Preis interessiert uns. Wie schafft ein Mensch vor einer Entdeckung Platz für etwas, das noch niemand gesehen hat?

II. Zhuangzi

Als Kind liest Yukawa mit seinem Großvater die Vier Bücher: die Gespräche, Mengzi, das Große Lernen und Maß und Mitte. Zunächst spricht er nach, ohne unbedingt zu verstehen. Alte Sätze gelangen als Klang ins Leben. Ihre Bedeutung darf später kommen.

In der weiterführenden Schule wendet er sich Laozi und Zhuangzi zu. Das Zhuangzi wird zu einer dauerhaften Lektüre.

Später erscheinen Essays von ihm auch in der englischen Sammlung Creativity and Intuition: A Physicist Looks at East and West. Ein Mann, der Gleichungen schreibt, fragt nach etwas, das sich schwer in eine Gleichung fassen lässt: Wie wächst Vorstellungskraft?

Was gab ihm Zhuangzi?

Der Schmetterlingstraum verunsichert das wache Ich. Die Freude der Fische macht „Woher weißt du das?“ interessant. Der nutzlose Baum hält unseren üblichen Maßstab des Nutzens an. Diese Geschichten schaffen nicht alle Unterschiede ab. Sie lassen uns bemerken, dass wir schon immer von einem bestimmten Ort aus geschaut haben.

Yukawa schrieb über die Freude der Fische und hinterließ eine Kalligrafie mit den Zeichen für „die Freude der Fische kennen“. Darin liegt eine zugewandte Nähe zur Natur. Doch sich ihre Freude vorstellen zu können beweist noch nicht, dass die Fische froh sind. Der Welt zuzuhören ist etwas anderes, als ihre Antwort bereits zu besitzen.

Für jemanden, der später ein neues Teilchen vorschlägt, kann solche Lektüre Boden sein. Boden ist keine Bauanleitung für die Frucht. Er leitet keine Teilchenmasse her. Vielleicht hilft er aber einem Menschen, eine Frage nicht zu schließen, bevor eine Antwort kommt.

III. Ein Spalt, der sich öffnen lässt

Seit Comte fragt diese Gruppe von Essays immer wieder: Was zählt als Wissen? Erkenntnis einer Prüfung auszusetzen hat seine Stärke. Jede Frage auszusperren, die noch nicht in unsere Maßstäbe passt, birgt eine andere Gefahr.

Doch Descartes, Kant, Comte und der Wiener Kreis lassen sich nicht zu einer Reihe aufstellen, in der alle sagen: Was das Auge nicht sieht, darf der Gedanke nicht berühren.

Ebenso wenig lässt sich behaupten, der Osten habe nie Grenzen gezogen.

In jeder Tradition gibt es Streit, kühne Vorstellungen und starre Ausschlüsse. Die Lektüren, die einen Menschen prägen, sind verwickelter als eine zweigeteilte Landkarte.

Die Aufrichtigkeit in Maß und Mitte, die buddhistische Leerheit und Zhuangzis Verwandlungen bezeichnen nicht dasselbe. „Form ist Leerheit“ bedeutet nicht, Sichtbares und Unsichtbares seien ununterscheidbar. Es garantiert auch keine unentdeckten Teilchen.

Ein anderer Gebrauch alter Bücher bleibt möglich. Sie können Gewohnheiten lockern und eine neue Weise des Fragens zulassen. Ihr Geschenk muss keine Antwort sein. Manchmal erlauben sie uns nur, den Kopf zu wenden.

Auch Yukawas Physik überspringt ihre Vorgeschichte nicht. Kernkräfte, Quantenfelder und die Arbeiten Heisenbergs und Fermis gehören zu seiner Frage. Europäische Physiker schlagen ebenfalls unbeobachtete Gegenstände vor. Dirac, dem wir gerade begegnet sind, ist ein deutliches Beispiel.

Yukawas Mut liegt nicht darin, auf Belege zu verzichten. Er formuliert bei noch unvollständiger Beweislage eine Frage, auf die spätere Beobachtungen antworten können. Der Unterschied zwischen Myon und Pion erinnert uns: Die Wirklichkeit muss einer schönen Vermutung nicht entgegenkommen.

Der Spalt gehört also keiner einzelnen Zivilisation. Jemand öffnet ihn und bleibt bereit, sich von der Welt korrigieren zu lassen. Vorstellungskraft und Prüfung müssen keine Feinde sein.

IV. Yukawa und Dirac

Dirac sagte Antimaterie voraus, Yukawa das Meson. Bei beiden weist Theorie auf ein neues Teilchen, bevor das Experiment es bestätigt. Diese Ähnlichkeit verdient es, erhalten zu bleiben.

Ihre Ansatzpunkte sind dennoch verschieden.

Bei Dirac treten die inneren Schwierigkeiten einer Gleichung hervor. Lösungen mit negativer Energie verkündeten nicht automatisch das Positron. Zwischen formalem Ergebnis und physikalischer Deutung lagen Zögern, Überarbeitung und Vorstellungskraft.

Bei Yukawa steht eine Kraft im Vordergrund, die stark ist und doch nicht weit reicht. Welches Feld, welche Teilchenmasse könnten das erklären? Bilder und Rechnungen treiben einander voran. Eine Zeichnung zweier Ballwerfer bringt nicht allein die Theorie hervor.

Wo ist dabei Zhuangzi?

Vielleicht weiter zurück, an einem schwerer verfolgbaren Ort. Wer Geschichten von Wandlung und wechselnden Blickwinkeln gelesen hat, sucht eine neue Antwort womöglich nicht nur in alten Schubladen. So lässt sich über Lesen nachdenken, ohne jede Regung im Augenblick der Entdeckung rekonstruieren zu wollen.

Im Zhuangzi steht keine Mesonenformel. Dass es Yukawa nährte, ist etwas anderes, als seine Theorie aus dem Schmetterlingstraum abzuleiten. Literarische Anregung muss sich nicht als wissenschaftlicher Beweis verkleiden, um Respekt zu verdienen.

Dirac brauchte ebenfalls Vorstellungskraft. Auch Yukawa war an Gleichungen gebunden. Dem einen ausschließlich Mathematik, dem anderen östliche Intuition zuzuteilen macht beide kleiner.

Stellen wir sie lieber an zwei benachbarte Schreibtische. Hier bedrängt die mathematische Form die Physik mit einer Frage; dort sucht ein physikalisches Problem nach einer Form. Beide müssen aufschauen, ob die Welt zustimmt.

V. Nishida Kitarō

In Kyoto begegnen wir auch Nishida Kitarō, der schon in dieser Reihe aufgetreten ist.

Während Yukawas Studium war Nishidas Philosophie dort eine wichtige geistige Kraft. Eine Darstellung der Universität Kyoto berichtet auch, dass Yukawa seine Vorlesungen besuchte. Der Kontakt zählt. Er liefert aber nicht für jede spätere Entdeckung einen philosophischen Ursprung.

Besonders Nishidas absolutes Nichts verlockt zum Brückenschlag. Ein ungesehenes Teilchen wird entdeckt: klingt das nicht nach Sein aus dem Nichts? Doch unbeobachtet bezeichnet einen Wissensstand. Das absolute Nichts ist eine philosophische Frage, kein Lagerhaus, in dem Teilchen auf ihre Auslieferung warten.

Nāgārjunas Leerheit ist dieses Lagerhaus ebenfalls nicht. Sie ist kein mit Gedanken gefüllter Rohstoff, der Materie werden möchte. Verschiedene Arten des „Nichts“ zusammenzubringen kann eine Frage eröffnen. Sie gleichzusetzen löscht die Unterschiede.

Interessanter ist hier ein junger Mensch, der Philosophie hören und Physik lernen kann, ohne vorher die Hälfte seiner selbst abzugeben. Schwierige Fragen werden nicht immer nach Fachbereichen verteilt. Auch ein Leser wächst nicht notwendig in einer einzigen Sprache.

Eine Frage aus einem Hörsaal kann ihn in einen anderen begleiten. Nicht um die dortige Arbeit an ihrer Stelle zu beantworten, sondern damit er weiterfragt.

VI. Der Wanderer

Yukawas Autobiografie heißt Tabibito: der Wanderer.

Der Name passt. Er arbeitet in Kyoto und Osaka, geht später nach Princeton und an die Columbia University und kehrt nach Kyoto zurück. Neben diesen Reisen stehen die Wege zwischen Büchern und Disziplinen.

Nicht jeder Übergang muss damit enden, dass Ost und West endlich eins werden. In einem Menschen können alte Sätze, moderne mathematische Schulung, einsame Zweifel und Einwände von Kollegen zusammenkommen. Sie harmonieren nicht immer. Dennoch können sie an einer Schöpfung gemeinsam beteiligt sein.

Unsere Erkenntnisfrage wird ein wenig weiter. Qu Yuan hat längst eine andere Stimme eingebracht; Nāgārjuna ist nicht bloß äußerste Verneinung. Yukawa führt uns nun zu einer konkreten Arbeit zurück: Verschiedenartige Lektüren begegnen Rechnung und Experiment.

Ein Wanderer erklärt die Ufer nicht für gleich, weil er eine Brücke überquert hat. Er muss nur nicht jedes gelesene Buch für immer am Ausgangspunkt zurücklassen.

VII. Nach dem Krieg

August 1945. Hiroshima. Nagasaki.

Vor diesen Namen kann das Verstehen des Atomkerns kein Satz auf dem Schreibtisch bleiben. In welche Institutionen gelangt Wissen? Zu wessen Macht wird es, in wessen Leben greift es ein? Eine richtige Gleichung antwortet darauf nicht für uns.

Trotzdem führt keine einfache Linie von Yukawas Mesonenarbeit zur Atombombe. Kernspaltung zerreißt nicht die starke Kraft. Ein schwerer Kern zerfällt in insgesamt fester gebundene Produkte; dabei wird Energie frei. Die Mesonentheorie war nicht das unmittelbare technische Prinzip des Bombenbaus.

Der Preis von 1949 bleibt eine wichtige Ermutigung für das Japan der Nachkriegszeit. Er lässt weder Leiden noch Verantwortung eines Landes automatisch verschwinden. Er zeigt vielen, dass nach der Zerstörung schöpferische Arbeit möglich bleibt.

1955 unterschreibt Yukawa das Russell-Einstein-Manifest und beteiligt sich später an den Friedensaktivitäten von Pugwash. Er verlangt nicht, Atomkerne nicht mehr zu verstehen. Er verlangt, sich dem zu stellen, was Kernwaffen zerstören könnten.

Auch Nobels Name erinnert an die Spannung zwischen Wissen, Technik und Frieden. Doch beide Leben brauchen nicht dieselbe glatte Sühnegeschichte. Entdecken allein genügt nicht. Wie man danach entscheidet und wer die Folgen trägt, müssen Wissenschaftler, Öffentlichkeit und Institutionen gemeinsam beantworten.

VIII. Am Brückenkopf

Auf dieser vorgestellten Brücke kommt Yukawa leise an.

Er liebt Bücher und braucht Zeit allein. Deshalb müssen wir Kollegen, Diskussionen und Zusammenarbeit nicht aus seiner Kreativität streichen. Auch stille Menschen leben zwischen den Fragen und Antworten anderer.

Er betritt die Brücke und sieht sich um.

Comte, Popper, Fichte, Thatcher, Woolf. Qu Yuan und Nāgārjuna sind ebenfalls da. Sie lassen sich nicht einfach in europäische und asiatische Mannschaften aufteilen. Jeder hat seinen eigenen Weg mitgebracht.

Yukawa bleibt in der Mitte stehen. Kein Schiedsrichter zwischen Zivilisationen. Ein Mensch, der gewohnt ist, zwischen verschiedenen Buchseiten hin und her zu gehen.

Er sieht Dirac. Vielleicht vergleichen beide nicht sofort, wer zuerst ein Bild, wer eine Gleichung hatte. Sie wissen, dass ein Blatt voller Zeichen von der Welt noch entfernt ist. Erst ihre Antwort zeigt, wo ein Weg tatsächlich weiterführt.

Er sieht Nāgārjuna. Keine mit Bewusstsein gefüllte Leerheit wartet hier darauf, dass Physiker Teilchen aus ihr holen. Vielleicht nur eine Erinnerung: Halte deine Erklärung nicht für etwas, das keine Bedingungen mehr braucht.

Er nimmt ein altes Buch aus der Tasche. Das Zhuangzi. Diesen abgenutzten Band haben wir in die Szene gelegt. Keine Biografie wird als Beweis angeführt, dass er genau dieses Exemplar lebenslang bei sich trug.

Er schlägt den Schmetterlingstraum auf und schließt das Buch wieder. Unter der Brücke fließt Wasser. Vielleicht sind dort Fische.

Ein Schmetterling ist kein Meson, ein Traum kein Experiment. Die Geschichte hat die Antworten der Kernphysik nicht vorweggenommen. Sie kann einen Menschen zunächst innehalten lassen: Selbst die vertraute Welt bietet noch Platz für eine andere Weise des Fragens.

Yukawa steckt das Buch ein. Die Brücke führt weiter. Ein altes Buch hat ihn bis hierher begleitet. Den übrigen Weg muss er weiterfragen, und die Welt muss antworten.